摘要
碳基量子点作为新兴纳米材料的代表，因其优异的物理特性而受到众多关注，被誉为继碳纳米管和石墨烯之后又一种划时代的碳基纳米材料。碳基量子点具有良好的化学稳定性、优秀的生物相容性、极高的光电转换效率以及优异的线性光学响应等物理化学性质。这些特性使得碳基量子点在能源存储、光电器件、光催化、生物医学等诸多领域有着广泛的应用。目前，碳基量子点在激光技术、光频率梳等非线性光学领域展示了巨大的应用潜力并引起了广泛的报道。因此深入探索碳基量子点的非线性光学性质对其实际应用具有重要研究价值。目前随着越来越多碳基量子点的不断涌现，它们的稳定性、光电转换效率、线性光学响应等物理特性陆续被人们发现与证实。然而，关于新兴碳基量子点的非线性光学性质研究存在较大的空白，其在超快光子学领域的应用存在很大的挑战与机遇。本论文对掺氮石墨烯量子点和C3N量子点两种新兴碳基量子点的非线性光学响应特性以及作为可饱吸收体在光学激光器中的应用进行了研究。具体的研究内容如下： (1)利用低温碳化法制成高质量、尺寸分布为2~4nm的掺氮石墨烯量子点（Nitrogen-dopedgraphenequantumdots,N-GQDs），并以去离子水溶液为溶剂，采用超声振荡的方式制备了N-GQDs去离子水溶液。通过拉锥光纤熔接法制成可饱和吸收体。采用双臂平衡探测法测量了N-GQDs的非线性光学吸收特性。结果表明，N-GQDs的调制深度为0.28%，并且随着入射脉冲强度增大出现了可饱和吸收到反饱和吸收的状态转变。进一步，利用飞秒泵浦-探测系统研究了N-GQDs的载流子动力学。瞬态吸收光谱表明了N-GQDs具有高速响应特性，其载流子带内冷却弛豫时间常数约为143fs，具有超快光子学应用的巨大潜力。最后，搭建了基于N-GQDs的被动锁模光纤激光器。将N-GQDs可饱和吸收体耦合到掺铒环形光纤谐振腔中，当泵浦功率提高至135mW时，激光器自启动锁模，形成稳定脉冲输出序列。 (2)利用超声波振荡法将尺寸分布为2~6nm的C3NQDs溶于无水乙醇制成C3NQDs无水乙醇溶液，并通过光学沉积法将C3NQDs沉积在拉锥光纤上制备成C3NQDs可饱和吸收体。采用双臂平衡探测装置测量C3NQDS的非线性光学吸收情况。拟合结果表明，C3NQDS具有可饱和吸收特性，其调制深度为11.9%，饱和光强为16.5MW/cm2。瞬态吸收光谱数据得出了C3NQDs快速冷却弛豫时间常数约为100fs，其高速响应特性展示了其作为可饱和吸收体在光纤激光器中的应用前景。最后，搭建了基于C3NQDs的被动锁模光纤激光器。将C3NQDs可饱和吸收体耦合到掺铒环形光纤谐振腔中，激光器在泵浦功率为126mW时，锁模输出自发启动并最终形成稳定脉冲输出序列。
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